Aclaraciones sobre los “plásticos”
Antes de empezar a hablar de los plásticos de forma individual, he de aclarar algunos conceptos. Normalmente, cuando se estudian éstos materiales, nos encontramos ante el término “Polímero”, lo cual nos hace preguntarnos, ¿cuál es la forma más acertada de referirnos a ellos?
La respuesta parece engañosa pero es en realidad bastante sencilla. Todos los “plásticos” (Polímeros sintéticos) famosos como el Polipropileno o el ABS son Polímeros, pero forman parte una clase específica de Polímeros. La mayoría de los “plásticos” que conocemos por convivir con ellos en el día a día son en realidad termoplásticos, que a su vez no dejan de ser Polímeros.
Para mí era fácil hablar de ellos como Polímeros, pero dado que el ámbar, la seda o incluso el ADN también son Polímeros y su relevancia como materiales estructurales es nula (no es menosprecio, sólo digo que no se usan en éste sentido) deberemos diferenciar entre Polímeros naturales y sintéticos. Un Polímero es, en términos sucintos, una macromolécula compuesta de muchas sub-unidades repetidas con fórmulas químicas muy complejas y masa molar que en ocasiones pueden superar los 500,000 amu (u). En comparación, un compuesto tan importante a nivel industrial como el Carburo de Silicio tiene una masa molar aproximada de 40,10 u y es fácil de formar en comparación a la mayoría de plásticos que requieren de una cadena de reacciones químicas mucho más complejas.
Para el público, la palabra “plástico” lleva de forma inmediata a la mente una botella de Polipropileno, o bien una figura de acción de PVC, et cétera. La definición en sí misma no es tan rígida como podría parecer de primeras, ya que un plástico es toda aquella substancia que sea maleable, deformable y/o moldeable. Todos los plásticos que conocemos se comportan como tal, pero también lo hacen otros Polímeros que no usamos debido a que son o muy caros, o bien no son fáciles de producir. Es por ésto que hablaré y me centraré en los termoplásticos, que forman, como ya he dicho, un “pequeño” (aunque importantísimo) grupo de Polímeros plásticos que entran en la familia del Carbono, ya que todos se basan en éste elemento. Todo éste enredo se debe a una de las grandes virtudes del elemento, y es que forma tantos compuestos orgánicos e inorgánicos que a veces resulta difícil no perderse. Por tanto, comenzaré el siguiente epígrafe con una pregunta:
¿Qué es un termoplástico?
Los termoplásticos forman la verdadera “familia” de Polímeros sintéticos e inorgánicos o semi-inorgánicos (algunos se forman a partir de Polímeros de origen natural, como la celulosa) con la que estamos tan familiarizados. Incluso en los países tercermundistas, la presencia de plástico es abrumadora, y los motivos de la misma responden siempre a un patrón que se repite sin excepciones: son baratos, fáciles de fabricar, y muy versátiles. Tienen todo tipo de aplicaciones, y cada uno tiene propiedades que lo hacen más o menos apropiado para una demanda en específico que otro miembro de la familia. Sólo con la producción masiva de los termoplásticos podemos entender el mundo que nos rodea hoy en día; cada día se producen cientos de miles de aparatos electrónicos, coches, juguetes, recipientes de comida, et cétera, que si bien muchas veces no presentan la calidad de los materiales con los que antiguamente se fabricaban, “cumplen con su cometido” con una diferencia de precio muy grande.
Sin embargo, no todo son luces en el país de las maravillas. Los plásticos son también responsables de pesadillas para todos los que tenemos conciencia medio-ambiental. A pesar de sus muchas ventajas, los plásticos tienen vidas relativamente cortas (algunas piezas de plástico tienen vidas útiles de hasta 150 años, pero en comparación a otros materiales tradicionales sigue siendo muy poco tiempo). Precisamente porque tienen vidas cortas, o bien porque la mayoría de los productos que se fabrican con ellos son directamente desechables, los plásticos nos han cobrado a modo de compensación por sus muchas virtudes dolores de cabeza al respecto de su reciclaje o disposición luego de su vida útil. Para algunas personas, la palabra plástico significa contaminante de forma directa y cruda, siendo que tengan más o menos razón, dependiendo del compromiso de cada uno y de la sociedad como un todo al respecto del tratamiento de éstos cuando se convierten en residuos. De hecho, si los plásticos no fueran tan peligrosos para el medio-ambiente, se producirían en aún mayor medida y ya habrían reemplazado por completo a otros materiales más “antiguos”, merced a sus buenas propiedades mecánicas y químicas.
Una de las características de los plásticos es que, tal como sucede en algunas Súper-aleaciones de Níquel/Cobalto, se les conoce más por su nombre comercial que por su nombre científico. Me explico con un ejemplo: cuando la gigante farmacéutica alemana Bayer comenzó a preparar con éxito las primeras pastillas de Ácido Acetil-Salicísilo las vendieron bajo la marca de “Aspirin”. Éste es el nombre comercial del producto, y una forma de proteger los derechos intelectuales del desarrollo de la medicina. Exactamente lo mismo ocurre con la mayoría de medicamentos básicos que casi todo el mundo conoce, a tal punto que en Estados Unidos el Alprazolam, una benzopadina para el tratamiento de trastornos de ansiedad, se venda como “Xanax” mientras que en otros países, como España, se comercialice como “Tranquimizin”.
En ambos casos, se refiere a lo mismo, sólo que cada empresa lo vende con el nombre que crea apropiado para reservarse los derechos de autoría. No olvidemos que la invención de un medicamento nuevo conlleva la expedición de una patente con la que el descubridor que subvenciona el desarrollo del producto se pueda proteger. De ésta forma, es correcto decir que todas las aspirinas son en esencia, Ácido Acetil-Salicílico, pero no todas las pastillas con ésta composición se puedan llamar técnicamente “Aspirinas” aunque realmente la gente las llame así. La confusión arraiga debido precisamente a la popularidad del nombre comercial del producto, a tal punto que en todo el mundo se entienda de forma más rápida el significado de la palabra “aspirina” a la del “Ácido Acetil-Salicílico”.
Exactamente lo mismo pasa con los plásticos. Como ya he dicho, el motivo principal es el celo (entendible) del descubridor para reservarse los derechos de la “fórmula” del producto en cuestión. El segundo motivo, quizás más mundano, es que los nombres comerciales, son precisamente eso, comerciales, en el sentido de que están diseñados para que las gentes los puedan recordar de forma fácil. Resulta más sencillo pedir “40 unidades del modelo XXXXX de ABS” a un vendedor que decir “40 unidades del modelo XXXXX de Acrilo Nitrilo Butadieno Estireno”.
El nombre comercial de la mayoría de termoplásticos es también el signo de orgullo por parte del fabricante, quien goza del derecho de bautizar tal como le venga en gana a su producto en el momento de sacarlo al mundo. Mucha gente no tiene en cuenta que la producción de un plástico concreto requiere de mucho tiempo y dedicación que se traducen en grandes cantidades de dinero en proyectos que no siempre son exitosos.
En cualquier caso, yo daré el nombre comercial y el técnico, siempre que sea posible (algunos son realmente largos). Sin más dilación, veamos las propiedades que todos tienen en común.
Características generales de los Termoplásticos
Los termoplásticos reciben éste nombre debido a que se les da forma mediante calor, ablandando el material y luego moldeándolo por inyección, compresión, extrusión o precipitación directa. No sufren cambios en su composición química con el calor y tienen una tolerancia al mismo bastante alta. La noción de que los “plásticos arden con facilidad” no siempre es cierta y de hecho algunos se emplean como sellantes entre dos piezas metálicas con un rango de temperatura máxima admisible de hasta 100ºC.
Son materiales muy ligeros, más que las aleaciones especiales de Aluminio-Magnesio y las Fibras de Silicio y Carbono. Muchos de ellos flotan en el agua (si la densidad es inferior al valor =1) aunque la mayoría oscila entre el 1 y el 1,30 gr/cc. El termoplástico más denso, con diferencia, es el Tetrafluroetileno (PTFE, “Teflón”) con una densidad media de 2,17 gr/cc, pero es la excepción que confirma la regla.
La mayoría son flexibles (no confundir flexibilidad con plasticidad) y de hecho pueden comercializarse de dos formas, “rígido” o “flexible” (un ejemplo es el PVC).
A diferencia de otros plásticos, los termoplásticos no cambian de fórmula química cuando son sometidos a altas temperaturas, de hecho, ésta es una de las razones por las cuales son llamados como tal.
La resistencia mecánica es muy buena, teniendo en cuenta la composición química, casi siempre alta en Hidrógeno. Una de las propiedades físicas en las que sobresalen tanto los Termoplásticos como la mayoría de Polímeros es su elevadísima resistencia al impacto. Los plásticos son muy tolerantes en éste aspecto, y se “retraen” en lugar de deformarse de forma permanente, como en los metales maleables, o fracturarse en aquellos que son frágiles, como el Cromo o el Bismuto. La razón se debe a que la estructura en la que están dispuestos los átomos de los plásticos está más “suelta” y tiene la capacidad de expandirse y contraerse sin llegar a romperse, por lo que presentan mayor resistencia al estrés mediante impactos (choques, colisiones, et cétera). El fenómeno de la plasticidad de los termoplásticos y otros Polímeros se debe precisamente a esto, y es responsable de que las piezas hechas con éstos materiales “retornen” a su forma original de moldeado luego de que se haya aplicado una fuerza sobre ellos. Como resultado de ésto, los termoplásticos se encuentran entre los materiales más resistentes a los golpes, sacrificando a cambio una pobre resistencia a la compresión y tracción.
En cualquier caso, existen termoplásticos que son muy flexibles y absorben muy bien los golpes, mientras que otros son muy rígidos. A veces el mismo material puede fabricarse de tal forma que sea una cosa o la otra, o bien un intermedio. En ejemplo de ésto es el PVC, que se presenta rígido para fabricar tuberías, semi-rígido para fabricar juguetes como figuras de acción o muñecas (la famosa Barbie, por ejemplo) o directamente flexibles como el PVC que se usa para confeccionar prendas de ropa.
El estado de partida de la mayoría de los termoplásticos es en realidad más frágil que flexible, pero son comercializados de la segunda forma ya que, lógicamente, es una de sus bazas características y uno de los motivos de su éxito.
La resistencia térmica es buena teniendo en cuenta su composición química, pero en comparación a cerámicas y metales es muy pobre. No obstante, los termoplásticos tienen una ventaja con respecto a ambas familias ya que son aislantes térmicos y tienen un calor específico (cantidad de energía necesaria para aumentar 1 grado Celsius a una substancia química) es alto. También son pobres conductores eléctricos, lo cual es ventajoso en situaciones donde la energía eléctrica pueda suponer un peligro directo para el operario.
La resistencia química, aunque generalmente buena, varía mucho. Se puede decir que la mayoría de plásticos son más resistentes que el Acero y algunos Latones/Bronces en éste sentido, pero menos que otros como el Titanio o aquellos que forman películas de óxido pasivantes en general. Algunos termoplásticos son solubles en agua, otros la absorben, y otros son hidrofóbicos (la repelen). El Teflón (Tetrafluoretileno de Carbono) es uno de los materiales más resistentes a la corrosión de todos los conocidos (más que la mayoría de Cerámicas de alto rendimiento) mientras que el POM (Polioximetileno) es soluble en la mayoría de ácidos fuertes como el Clorhídrico, Sulfúrico, et cétera.
El punto de fusión es generalmente bajo (el Teflón llega a los 327ºC, pero es una excepción) y cuando son sometidos a la llama de forma directa, se diluyen. Los termoplásticos formados por Halógenos como el Cloro (PVC) o el Flúor (PTFE, Teflón) son peligrosos en éste sentido ya que al arder liberan dichos elementos, que son extremadamente corrosivos (especialmente el Flúor). La inercia química les permite ser usados en medicina, y de hecho algunos se usan para fabricar prótesis.
Una de las características de los Termoplásticos que el público no conoce es que son sensibles a la radiación UV (luz solar). Esta sensibilidad puede no notarse durante mucho tiempo, pero tiene un efecto directo en las largas cadenas de átomos con centro de Carbono al modificar su estructura química. En contacto con luz solar, la mayoría de los plásticos se ven afectados de tal forma que con el tiempo cambian de color, se debilitan o comienzan a “desmoronarse” cuando sus cadenas moleculares se ven afectadas. En otras palabras, son fotosensibles. Para evitar la decadencia de los enlaces, metales como el Cadmio o el Plomo han sido usados y siguen usándose como “estabilizadores” para protegerlos contra la radiación por luz UV. Estos mismos metales se usan también como “plastificantes” (aumentan la plasticidad), pero la adición de dichos metales en éste sentido no tiene nada que ver con su función para protegerlos de la luz solar.
A pesar de que arden, los Termoplásticos se consideran generalmente menos “combustibles” que otros Polímeros, y de hecho el calor es necesario para poder darles forma.
En resumen, las virtudes de los Termoplásticos son: baja densidad, buena o muy buena resistencia química, aislantes del calor y la electricidad, excelente resistencia a los impactos, flexibilidad y plasticidad. Sus principales desventajas son: el precio de algunos son mucho más altos que otros, tienen puntos de fusión demasiado bajos como para usarse en aplicaciones de mayor responsabilidad, son difíciles de reciclar, tienen una vida útil relativamente corta y propiedades mecánicas, salvo por la resistencia a la rotura por impacto, generalmente pobres. Uno de los mayores problemas medioambientales que afronta la sociedad actual consiste en la gestión de dichos materiales, que tanto sirven cuando están recién formados como son motivo de pánico cuando se desechan por toneladas en alta mar. Realmente, el precio más alto a pagar cuando hablamos de plásticos no es su coste en sí mismo, si no la forma en la que nos deshacemos de ellos. Afortunadamente, la mayoría son reciclables, y las escuelas de todo el mundo están haciendo un esfuerzo cada vez mayor en generar una conciencia más responsable en los niños y niñas (y adolescentes).
¿Cómo son producidos (y procesados) los termoplásticos?
Los termoplásticos, o como les llamamos comúnmente, plásticos (término genérico) se obtienen principalmente de dos fuentes que separaremos en dos grupos:
La una es la que engloba a todas aquellas substancias que se encuentran en la naturaleza de por sí y sirven de punto de partida para la síntesis de nuevos Polímeros. Decimos que los plásticos que derivan de ésta fuente tienen un origen semi-sintético ya que se utilizan materiales ya existentes de forma natural, como la celulosa, resinas, gomas resinosas, fibras. Es por esto que dichos plásticos tienen un origen “semi-natural”. Dicho lo cual huelga aclarar que no importa si viene o no en parte de la naturaleza, el producto final es más o menos igual de contaminante.
El segundo grupo es aquel que tiene que ver con las fuentes de hidrocarburos principales: petróleo y gas natural. Aunque tanto el petróleo como el gas natural pueden considerarse como un subproducto orgánico, la síntesis a partir de derivados del petróleo y similares se considera sintético ya que el cambio de transición entre la forma original de la molécula natural a la que se busca formar de manera artificial es completamente distinta, ergo éstos plásticos se consideran 100% sintéticos. De nuevo, esto no significa que sean más o menos contaminantes que las anteriores.
En ambos casos, el proceso para obtener sintetizar un Polímero involucra numerosas reacciones químicas, además de involucrar combinaciones de presión y temperatura. Se emplean catalizadores químicos para separación/destilación del producto; aislamiento de moléculas más pequeñas que luego se adhieren a otras más grandes para formar grandes cadenas (macromoléculas) que dependiendo de su complejidad o la cantidad de energía requerida son más o menos costosas. Los plásticos son típicamente baratos en comparación a otros materiales, aunque hay excepciones como en los plásticos especializados, ya que se producen en masa a partir de materiales relativamente abundantes. Substancias como la goma natural, resinas, celulosa, entre otras, además de los hidrocarburos encontrados en el petróleo o gas natural completan la “fuente” real de materia prima para la elaboración (síntesis) de los plásticos. Los Polímeros en estado primario, recién sintetizados, tienen el aspecto de “gránulos”. A diferencia de otros materiales donde el color sólo es superficial en los plásticos y gomas el color es total (es decir, aunque cortásemos una parte digamos de una fibra su interior seguiría siendo del mismo color) ésto se debe a que el color conseguido responde a un cambio en la estructura química del producto.
Cabe resaltar que los plásticos se producen a veces en varias formas, siendo el caso del PVC el más famoso. El hecho de que algunas piezas de PVC sean más rígidas mientras que otras son más flexibles obedece a la adición en pequeñas cantidades de elementos como el Cadmio o el Plomo que son añadidos como estabilizadores para “fijar la cadena” molecular. Esto alarga la vida del plástico y mejora sus propiedades mecánicas. Cuando éstos metales son añadidos se dice que se ha dopado el plástico, o bien que dichos metales actúan como “dopantes”.
Como muchos plásticos son sensibles a la luz UV (presente en la luz solar común) pequeñas cantidades de otras substancias con propiedades “absorbentes” (la luz no se puede absorber, se refiere a que actúan de barrera frente a ésta).
Otras substancias son añadidas para mejorar la resistencia al calor, a la oxidación (no olvidemos que los plásticos son derivados del Carbono), entre otros.
Todo esto ha de tomarse como un mero resumen; la síntesis de los Polímeros sintéticos es muy compleja y responde a la disciplina de la química (principalmente, aunque no exclusivamente, inorgánica).
